[发明专利]用于整合介入规划和导航的反馈系统

说明书

依照美国公共卫生署和Philips医疗系统(Cleveland)公司以及Philips电子北美公司之间的合作研究和开发协议No.NCI-NIHCC-01864，美国政府可以享有本发明的某些权利。

本申请涉及治疗领域，具体而言，涉及用于整合介入规划和导航的系统和方法，其尤其针对组织消融治疗。

近年来，作为多数创伤性手术程序的替代，诸如射频消融(RFA)的介入程序的执行正日益增多。在RFA期间，具有未经绝缘的尖端的电极在超声、CT或MRI的引导下被插入到待消融的肿瘤或病灶内。当放置好电极后，向所述尖端施加射频电流，其造成组织受热并且当组织温度超过60°摄氏度时引起组织死亡。为了破坏大于在单次消融中加热并破坏的针尖端周围的体积的肿瘤，需要反复重新定位针尖端以消融肿瘤中彼此部分重叠的不同部分。需要重复这一过程直到通过多次消融“覆盖”整个肿瘤，其还被称为“复合消融”。

有两个与这一过程相关的主要困难，其部分解释了为什么对大(＞3cm)肿瘤的消融结果相对较差：

1、对于手动/无计算机辅助的规划而言，所有单个消融的最佳三维(3D)定位是困难的，其中，“最佳”指的是使用完全覆盖肿瘤加周围的安全裕度(肿瘤+欲度还被称作规划靶标体积或PTV)的最小数量的重叠消融，并且对于给定次数的消融，消融的放置破坏最小体积的健康、非PTV组织。

2、即使已知针对一种治疗(消融规划)的所有单个消融的最佳位置，也难以仅利用常规的US、CT或MR引导精确地执行治疗规划，即在期望的位置物理地定位电极。因为在一次消融期间与实际探头位置有关的不确定性会影响所需要的后续消融的放置。

因为难以获得与期望的实际消融尺寸有关的患者特异性信息以便生成最佳患者特异性规划，所以产生另外的问题，因此规划必须使用所估计的可能不精确的消融尺寸。此外，当试图与未经整合的规划和导航反馈系统一起工作时，将引起程序流程减慢。

已经开发出RFA规划系统以解决上述第一问题，但该系统是单机的并且主要用于使期望的消融组可视化。同时，已经开发出导航系统以通过例如将电极位置直接对位到预采集的医学图像(例如CT扫描)的3D坐标来改善常规的图像引导。然而，这些导航系统独立于规划系统存在，因此不能用于执行程序规划。

已经提出了导航系统，其辅助将消融电极引导至人体内的靶标位置，但该已知系统不能与RFA规划进行整合。

Trachtenberg等人的美国专利申请公开No.2007/0230757使用图像处理来识别用于治疗恶性前列腺组织的靶标区，并且监测治疗期间的能量递送。这一公开并未解决与肿瘤的覆盖相关的问题，或者在治疗规划方面的问题。

Nields等人的美国专利申请公开No.2008/0033417涉及一种热消融系统，其中，控制器将热消融期间在组织中的实际温度改变与热消融规划进行比较。但未给出如何确定施用器(applicator)位置的指示，并且热改变与用于修订消融规划的位置反馈无关。

参照U.S.专利法37 C.F.R.§1.73提供了发明内容，该法条要求简要指出本发明的类型和主旨的发明内容。应当理解，其并非用于解释或限制权利要求的范围或意义，并在此基础上提交。

根据示范性实施例的一个方面，在一个系统中组合了用于介入程序的治疗规划和图像引导与导航。该系统包括用于利用RF消融、冷冻消融(cryo-ablation)、微波消融、超声消融和其他热或非热消融中的至少一种治疗感兴趣组织的消融探头。包含了规划部件，其用于计算三维治疗规划，所述三维治疗规划包括多个期望的消融探头放置位置和取向以及多个估计的消融体积，以实现将治疗整个规划靶标体积(PTV)的期望的复合消融体积。提供了导航部件，其用于基于三维治疗规划在空间上跟踪治疗探头和/或成像装置并向操作员提供治疗指令。还提供了用于获取待治疗组织的规划和治疗图像的成像部件。该系统还包括反馈部件，其用于使用导航部件或者成像部件确定实际探头位置和取向，并用于基于由成像部件提供的治疗图像确定实际消融体积、并向规划部件馈送在治疗期间的实际探头位置/取向和实际消融体积。所述规划部件基于已执行的治疗规划、实际探头位置/取向和实际消融体积计算治疗迭代，所述治疗迭代得到期望的下一探头位置/取向和期望的下一消融体积中的至少一个。导航部件基于所述治疗迭代向操作员提供经修订的治疗指令，直到根据期望的规划靶标体积完成了治疗。